Четыре крупнейших спутника Юпитера — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — были открыты ещё Галилеем. Три внутренних спутника образуют чёткую резонансную цепочку: их орбитальные периоды связаны соотношением 4:2:1. Каллисто же, самый удалённый из них, в этот резонанс не входит.
Долгое время считалось, что причина в «неправильном» времени формирования Каллисто или в слишком медленной эволюции его орбиты. Однако новый анализ предлагает другое и более естественное объяснение.
Газовый диск вокруг Юпитера
В ранний период существования Солнечной системы Юпитер был окружён плотным газопылевым диском, из которого и формировались его спутники — по аналогии с тем, как планеты рождаются в дисках вокруг звёзд.
В таком диске молодые спутники не остаются на месте. Взаимодействуя с газом, они мигрируют, постепенно смещаясь к планете или от неё. Именно эта миграция обычно приводит к захвату тел в орбитальные резонансы.
Барьер, который всё изменил
Авторы работы показали, что в околоюпитерианском диске могла существовать область повышенного давления — так называемый pressure bump. Это своего рода «барьер», где свойства газа резко меняются.
Такой барьер:
- замедляет или полностью останавливает миграцию спутников;
- действует как ловушка, в которой тело может надолго застрять;
- изолирует спутник от внутренних областей диска.
Согласно моделированию, Каллисто оказался именно в такой зоне, из-за чего не смог продолжить миграцию внутрь и войти в резонанс с Ио, Европой и Ганимедом.
Почему остальные спутники всё-таки в резонансе
Внутренние галилеевы спутники формировались ближе к Юпитеру, в области диска без подобного барьера. Они свободно мигрировали, сближались друг с другом и в итоге естественным образом захватились в резонансную цепочку.
Каллисто же оказался отделён от них динамически — не временем рождения и не массой, а структурой диска, в котором он формировался.
«Зона Златовласки» для Каллисто
Модели показывают, что барьер давления должен был иметь вполне определённые параметры:
- быть достаточно сильным, чтобы остановить миграцию;
- но не настолько мощным, чтобы полностью нарушить формирование системы спутников.
Только в таком «идеальном» диапазоне условий получается система, максимально похожая на реальную: три резонансных спутника и один крупный, но изолированный Каллисто.
Что это меняет в наших представлениях
Новая модель:
- снимает необходимость объяснять Каллисто «поздним формированием»;
- показывает, что орбитальная архитектура может определяться подструктурами газового диска;
- делает систему спутников Юпитера аналогом планетных систем с «остановившейся миграцией».
Это важно не только для понимания Юпитера, но и для изучения спутников у экзопланет — особенно у газовых гигантов.
Каллисто как свидетель прошлого
Каллисто давно считается одним из самых «нетронутых» тел в системе Юпитера. Теперь к этому добавляется ещё одна особенность: его орбита может быть прямым следом древней структуры газового диска, исчезнувшего миллиарды лет назад.
Иногда именно тот, кто не вписался в общую схему, рассказывает о прошлом больше всех остальных.
Источники:
Статья создана по материалам работы на arXiv.org
